Kırklareli Üniversitesi Kayalı kampüsünün rüzgar enerjisi potansiyelinin belirlenmesi

Bu çalışmada, 2018 Eylül-2019 Nisan ayları arasında Kırklareli Üniversitesi Kayalı Kampüsü'nün rüzgar enerjisi potansiyeli, kampüs içerisinde en uygun yer olarak belirlenen 25 metre uzunluğundaki aydınlatma direğine monte edilen rüzgar ölçüm istasyonundan 5 dakika aralıklarla ölçülen ham rüzgar hızı verileri baz alınıp, veriler üzerinde çeşitli istatistiki dağılımlar uygulanması yöntemiyle analiz edilmiştir. Bölgenin rüzgar enerjisi potansiyeli tahmininde Weibull, Rayleigh ve Gamma dağılımlarından faydalanılmıştır. Dağılımların parametreleri, Moment ve Maksimum Olabilirlik (MLE) yöntemleri ile hesaplanmıştır. Kök Ortalama Karesel Hata (RMSE), Ki-Kare Testi (χ^2) ve Korelasyon Katsayısı (R^2) yaklaşım metodları, hangi dağılımın modellemede daha başarılı olduğu ve istatiksel olarak uygun yaklaşıma sahip olduğunu belirlemek amacıyla uygulanmıştır. Ölçüm alınan yükseklikteki rüzgar hızlarının seçilecek olan türbinin göbek yüksekliğine taşınması için Hellmann katsayısı bağıntısından faydalanılmıştır. Bu bağıntıyla; rüzgar hızları 50, 80 ve 100 metre türbin göbek yüksekliğine taşınmış ve her bir dikkate alınan yükseklik değerleri için bölgenin aylara göre şekil (k) ve ölçek parametresi (c), gerçek ve dağılımlardan elde edilen ortalama rüzgar hızı, gerçek ve dağılımlardan elde edilen standart sapma değerleri, gerçek ve dağılımlardan elde edilen güç yoğunluğu değerleri hesaplanmıştır. Tez çalışması kapsamında, istatistiki çalışmaları yapılan bölgeye 80 metre göbek (hub) yüksekliğine sahip bir rüzgar türbini kurulması planlanmış ve çalışılan bölge için enerji üretim hesaplamaları bu kabul üzerinden yapılmıştır. Rüzgar türbini göbek (hub) yüksekliği olarak planlanan 80 metre yükseklikteki rüzgar profilinin saatlik hız, frekans ve yön dağılımlarının oluşturulmasında WRPLOT programı kullanılmıştır. Ayrıca bu program sayesinde bölgenin aylara göre rüzgar gülleri ve uydu haritası üzerindeki rüzgar krokisi elde edilmiş ve incelenen aylara ait olmak üzere her bir rüzgar yönü için; hız aralıklarına göre saatlik esme sayıları ve frekans dağılımları oluşturulmuştur. Bölgede toplam 69860 adet veri analiz edilmiştir. Ölçüm referans yüksekliğindeki (25 metre) rüzgar profilinden çıkarılan sonuçlara göre bölgenin; ortalama hız değerinin 4.9076 m/s, aylara göre hakim rüzgar yönünün Kuzey ve Kuzey-Kuzey-Doğu aralığında değiştiği, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 76.98 W/m² olduğu, aylık ortalama standart sapma değerinin 3.0968 m/s ve aylık ortalama türbülans yoğunluğunun ise 0.6270 değerine sahip olduğu ortaya konmuştur. Bölgenin topoğrafik ve ortam pürüzlülük şartları göz önüne alınarak Hellmann katsayısı 0.1893 olarak belirlenmiştir. Analizi yapılan bölgenin, 50 metre rüzgar profilinden çıkarılan sonuçlara göre ortalama hız değerinin 5.5957 m/s, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 109.498 W/m² olduğu, aylık ortalama standart sapma değerinin 3.531 m/s olduğu hesaplanmıştır. Bölgenin 50 metre yükseklikteki hız profillerinin; istatiksel dağılımların ve hata analizlerinin değerlendirilmesi sonucunda ağırlıklı olarak MLE yöntemi ile elde edilen Rayleigh dağılımına uygun olduğu tahmin edilmiştir. İstatiksel dağılımların uygulanması sonucunda elde edilen sonuçlara göre bölgenin; k parametresinin 1.33-3.51 aralığında değiştiği, c parametresinin 1.38-8.09 aralığında değiştiği, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin ise 243.9458 W/m² olduğu tahmin edilmiştir. Analizi yapılan bölgenin, 80 metre rüzgar profilinden çıkarılan sonuçlara göre ortalama hız değerinin 6.1164 m/s, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 148.5534 W/m² olduğu, aylık ortalama standart sapma değerinin 3.8596 m/s olduğu hesaplanmıştır. Bölgenin 80 metre yükseklikteki hız profillerinin; istatiksel dağılımların ve hata analizlerinin değerlendirilmesi sonucunda ağırlıklı olarak MLE yöntemi ile elde edilen Rayleigh dağılımına uygun olduğu tahmin edilmiştir. İstatiksel dağılımların uygulanması sonucunda elde edilen sonuçlara göre bölgenin; k parametresinin 1.33-3.51 aralığında değiştiği, c değerinin 1.51-8.84 aralığında değiştiği, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 330.573 W/m² olduğu tahmin edilmiştir. Analizi yapılan bölgenin, 100 metre rüzgar profilinden çıkarılan sonuçlara göre ortalama hız değerinin 6.3803 m/s, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 168.2951 W/m² olduğu, aylık ortalama standart sapma değerinin 4.026 m/s olduğu hesaplanmıştır. Bölgenin 100 metre yükseklikteki hız profillerinin; istatiksel dağılımların ve hata analizlerinin değerlendirilmesi sonucunda ağırlıklı olarak MLE yöntemi ile elde edilen Rayleigh dağılımına uygun olduğu tahmin edilmiştir. İstatiksel dağılımların uygulanması sonucunda elde edilen sonuçlara göre bölgenin; k parametresinin 1.33-3.51 aralığında değiştiği, c parametresinin 1.58-9.22 aralığında değiştiği, aylık ortalama güç yoğunluğu değerinin 375.3313 W/m² olduğu tahmin edilmiştir. 80 metre yükseklikler için incelenen aylara ait rüzgar hızlarının saatlik esiş adetleri, esme frekansları ve istatiksel dağılımlarından elde edilebilinecek rüzgar hız olasılık yoğunluklarının karşılaştırılması sonucunda analizi yapılan bölgenin en fazla enerji üretim yoğunluğunun 3-6 m/s aralığında olduğu bulunmuştur. Piyasadaki 80 metre ve civarı hub yüksekliğine sahip türbin modellerinin incelenmesi sonucunda, en fazla enerji üretim yoğunluğunun bulunduğu hız aralıklarında yüksek çıkış gücüne sahip ve bölgenin ortalama güç yoğunluğu değerine yakın olan Gamesa G-97 türbin modelinin bölge için en uygun model olacağına karar verilmiştir. Seçilen rüzgar türbini ile incelenen 8 aylık sürecin sonunda yaklaşık olarak 1,290 MWh elektrik enerjisi üretilebileneceği hesaplanmıştır. Türbinin ilgili aylar bazında kapasite faktörü değeri %11.1 olarak hesaplanmıştır.